DE2226588A1

DE2226588A1 - Cyanoäthylierung von Aminophenolen

Info

Publication number: DE2226588A1
Application number: DE19722226588
Authority: DE
Inventors: Daniel F. Maryland Heights Mo. Scully (V.St.A.)
Original assignee: Howard Hall & Co., Greenwich, Conn. (V.StA.)
Priority date: 1971-06-01
Filing date: 1972-05-31
Publication date: 1972-12-14
Also published as: IT1035523B; DE2226588B2; NL7207341A; DE2226588C3; FR2141151A5; CA956648A; CH574398A5; SE370696B; GB1338522A; BE784203A; US3743668A; JPS5614658B1

Description

Dr. Ing. Walter Abitz
Dr. Dieter F. Morf
Dr. Hans-A. Brauns

8 München 86, Plenzenauerstr.28 *

31. Mai I972 CASE: 148 988

HOWARD HALL - & COIiPANY, Greenwich, Connecticut / USA

"Cyanoäthylierung von Aminophenolen"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von N-eyanoäthylierten Aminophenolen.

Es ist bekannt, daß cyanoäthylierte Aminophenole viele nützliche Eigenschaften haben. Sie können beispielsweise als Zwischenprodukte für die Herstellung vieler nützlicher Polymerisate und Mischpolymerisate, für die Synthese von Pharmazeut ika etc. verwendet werden.

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Es ist bekannt, daß man Aminophenole durch Umsetzung von Acrylnitril mit dem Aminophenol in Anwesenheit eines sauren Katalysators, wie Essigsäure, oder in Anwesenheit eines Kupfersalzes, wie Kupfer-II-Acetat, und vorzugsweise auch in Anwesenheit eines inerten Lösungsmittels, wie Dioxan, cyanoäthylieren kann. Die bei Anwendung dieses Verfahrens erzielbaren Ausbeuten sind jedoch oft schlecht, teils wegen der unvollständigen Umsetzung, teils wegen der Bildung von unerwünschten Nebenprodukten, zu denen manchmal unbestimmte aber merkliche Mengen dxcyanoathyliertes Aminophenol gehören. -Obwohl das Verfahren für die Herstellung des monocyanoäthylierten Derivates mehr oder weniger befriedigt, ist es nicht leistungsfähig, wenn die Herstellung des reinen dicyanoäthylierten Produktes erwünscht ist. Schließlich kann sowohl eine gewisse Cyanoäthylierung der Phenolgruppe als auch der Aminogruppe stattfinden.

Es ist auch bekannt, daß bestimmte basische Katalysatoren, wie Cholin, die Cyanoäthylierung bestimmter aromatischer Amine wirkungsvoll unterstützen, sie befriedigen jedoch nicht bei der Cyanoäthylierung von Aminophenolen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung N-substitüierter Derivate von Aminophenolen, insbesondere zur Herstellung von N-cyanoäthylierten Derivaten von o-, m- und p-Aminophenol. Dieses Verfahren soll auch die Herstellung von entweder mono- oder dicyanoäthylierten Aminophenolen in praktisch reiner Form oder die Herstellung von Mischungen der beiden in vorbestimmten Verhältnissen ermöglichen. Schließlich gehört es auch noch zur Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verfahren so zu gestalten, daß es ein organisches Lösungsmittel oder eine fremde katalytische Substanz nicht benötigt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung li-substituierter

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Aminophenole der folgenden Formel:

worin R Wasserstoff oder 2-Cyanoäthyl bedeutet, ist dadurch gekennzeichnet, daß man Acrylnitril mit einer wäßrigen Lösung eines wasserlöslichen Salzes eines Aminophenols, das unter o-, m- und p-Aminophenol ausgewählt wird, vermischt, wobei man die Temperatur der Reatkionsmischung unter etwa 10O⁰C hält und danach die Reaktionsmischung neutralisiert, um das. sich ergebende freie N-substituierte Aminophenol freizusetzen.

Die wäßrige Aminophenolat-LÖsung sollte genügend basisch sein, damit man vollständige Auflösung des Aminophenols erzielt, sie sollte jedoch nicht so basisch sein, daß das Acrylnitril hydrolysiert wird. Der bevorzugte pH-Wert beträgt daher ungefähr 11,5 bis 12,0.

Die Konzentration der Aminophenolat-Lösung kann je nach Löslichkeit des im'einzelnen verwendeten Aminophenolates, der Temperatur der Reaktionsmischung und in Abhängigkeit von anderen Gesichtspunkten schwanken. Im Falle von Kaliumaininophenolaten zum Beispiel liegt die Konzentration vorteilhafterweise im Bereich zwischen 25 und 40 Gew.-^.

Für die Zwecke der- vorliegenden Erfindung wird gewöhnlich ein Alkalimetallsalz des Aminophenols, wie das Natrium- oder Kaliumsalz, bevorzugt. Es können jedoch beliebige Salze, die

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in Wasser beträchtlich löslich sind, verwendet werden. Von solchen anderen brauchbaren Salzen seien die Ammoniumsalze und andere Aminsalze, wie die Mono-, Di- und Trimethylaminsalze, erwähnt.

Die Konzentration der wäßrigen Aminophenollösung ist vor- . zugsweise so hoch, wie bequem hergestellt und aufrechterhalten werden kann. Die Reaktionsmischung, insbesondere das Aminophenolsalz, ist etwas oxydationsempfindlich. Die Umsetzung wird daher vorteilhafterweise unter einer Stickstoff- oder einer anderen inerten Atmosphäre durchgeführt, um die Bildung gefärbter Nebenprodukte minimal zu halten, dies ist jedoch kein entscheidendes Merkmal. .

Acrylnitril reagiert exotherm mit dem wasserlöslichen Aminophenolsalz, selbst bei Temperaturen, die bei etwa 0 ⁰C liegen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird daher vorzugsweise so durchgeführt, daß man das Acrylnitril allmählich zur wäßrigen Lösung des Aminophenolsalzes gibt und dabei - falls nötig das Reaktionsgefäß kühlt, um die Temperatur unter etwa 100 ⁰C, vorzugsweise zwischen 10 und etwa 60⁰C, zu halten. Zu rasche Zugabe des Acrylnitrils kann dazu führen, daß es polymerisiert, was einen Verlust an Reaktionsteilnehmer zur Folge hat und die Ausbeute an erwünschtem Produkt vermindert.

Unter diesen Bedingungen reagiert das Acrylnitril mit dem wasserlöslichen Aminophenolat glatt und im wesentlichen vollständig. Palis äquimolare Mengen Acrylnitril und wasserlösliches Aminophenolsalz umgesetzt werden, ist das sich ergebende Produkt im wesentlichen reines mono-cyanoäthyliertes Aminophenol. Es findet keine bedeutsame Di-cyanoäthylierung des Aminophenoles statt, bis die Mono-cyanoäthylierung im wesentlichen beendet ist. Durch Regelung der Acrylnitrilmenge, die zu dem wasserlöslichen Aminophenolat gegeben wird, kann entwe-

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der das mono-cyanoäthylierte oder das di-cyanoäthylierte Derivat hergestellt werden. Natürlich ist es auch möglich, Mischungen des mono- und di-substituierten Aminophenols in vorbestimmten Verhältnissen, herzustellen, falls dies gewünscht wird. Bei der Herstellung des di-cyanoäthylierten Derivates ist ein kleiner Überschuß an Acrylnitril über die stöchiometrisch erforderliche Menge hinaus vorteilhaft, um sowohl maximale Ausbeute zu gewährleisten als auch die Reaktionszeit zu verkürzen.

Die bevorzugte Methode des Vermischens der Reaktionsteilnehmer ist die, das Acrylnitril allmählich entweder kontinuierlich oder in kleinen Anteilen zur Aminophenolat-Lösung zu geben. Die Temperatur kann dann leicht durch Einstellung der Zugabegeschwindigkeit des Acrylnitrils und/oder durch Kühlen, des Reaktionsgefäßes gesteuert werden. Es ist nicht notwendig, die Aminophenolatlösung zwecks Einleitung der Reaktion zu erhitzen, wie es bei den bekannten Verfahren üblich war.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die gewünschte Umsetzung im wesentlichen vollständig, Nebenreaktionen sind minimal. Bezüglich der Ausnutzung der Ausgangsmaterialien ist es daher wirtschaftlicher. Darüberhinaus entfällt eine schwierige und teuere Gewinnung von lösungsmitteln oder Beseitigung von Abfallprodukten in Form von nutzlosen Nebenprodukten.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter veranschaulichen.

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Beispiel. 1

3-(p-Hydroxyanilino)-propionitril

In einem 1 Liter-Dreihals-Kolben, ausgestattet mit Rührer, Kondensator, Thermometer und Tropftrichter, werden 109 g (1 Mol) p-Aminophenol in 300 ml Wasser suspendiert. Zu dieser Suspension gibt man 120 g einer 50 $igen Kaliumhydroxydlösung. Man erhält eine klare dunkelgefärbte Lösung mit einem pH von 11,5 bis 12,5. Dazu gibt man langsam 53 g (1 Mol) Acrylnitril im Verlauf von 2 Stunden. Während dieser Zugabe steigt die Temperatur auf 50⁰C. Die Reaktionsmischung wird 3 Stunden lang gerührt, dann gibt man 88 g einer 36 $igen HCl hinzu. Der pH beträgt dann 7,5. Das Produkt.scheidet sich zuerst als Öl ab, das sich beim Abkühlen in glänzend schwarze Kristalle (Pp = 86⁰C).umwandelt, Gewicht H2 g (87 # Ausbeute). Bei dem Produkt handelt es sich um 3-(p-Hydroxyanilino)-propionitril.

Beispiel 2

3 1 3'-(p-Hydroxyanilino)-dipropionitril

Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wird wiederholt, mit der Ausnahme, daß 159 g (3 Mol) Acrylnitril zugegeben werden. Im Verlauf der Zugabe steigt die Temperatur auf 56⁰C. Nach der Neutralisation mit Säure trennt sich die Mischung in zwei Schichten, die untere ist ein Öl, das im wesentlichen aus dem gewünschten Produkt besteht. Dieses Öl wird abgetrennt und mit mehreren Portionen Wasser gewaschen, um Salze und andere wasserlösliche Verunreinigungen zu entfernen. Das Öl wird dann mit Kristallen des reinen Produktes angeimpft und abgeschreckt. Falls keine derartigen Kristalle vorhanden sind,

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kann die Kristallisation auch durch andere bekannte Techniken initiiert werden. Das kristallisierte Produkt liegt in,Porm eines sehr viskosen Breies vor, der durch Zugabe von ein wenig Isopropanol rührbar und filtrierbar gemacht■wird. Es können auch andere geeignete Lösungsmittel,' wie Butanol, verwendet werden. Das Produkt wird durch Umkristallisation aus Isopropanol weiter gereinigt. Man erhält so 128 g Kristalle, die bei 78°C schmelzen. Das Produkt ist 3,3^l-(p-Hydroxyanilino)-dipropionitril. . .

Beispiel 3

3-(p-Hydroxyanilino)-propionitril

In einem 1 Liter Dreihalskolben, ausgestattet mit Rührer, Kondensator, Thermometer und Tropftrichter, werden 109 g (1 Mol) p-Aminophenol in 100 ml Wasser und 200 ml 30 $iger Trimethylaminlösung suspendiert. Dazu gibt man langsam im Verlauf von 2 Stunden 1 Mol (53 g) Acrylnitril und rührt die Mischung weitere 2 Stunden lang. .Der pH der Mischung wird durch Zugabe von 88 g 36 #ige HCl auf 7_f5 eingestellt. Es scheidet sich ein öl ab, das beim Abkühlen auf Raumtemperatur kristallisiert. Man erzielt eine 80 $ige Ausbeute an 3-(p-Hydroxyanilino)-propionitril-Kristallen, die bei 86⁰C schmelzen. .

Beispiel

3-{in-Hydroxyanilino)~propionitril

Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wird wiederholt, mit der Ausnahme, daß 109 g m-Aminophenol verwendet werden. Auf diese Weise erhält man 129 g (80 fo Ausbeute) 3-(m-Hydroxyanilino)-propionitril als Öl.

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Beispiel· 5

3,3' - (m-Hydroxyanilino) -dipr opiortitr il

In einem, 1 Liter-Dreihalskolben, ausgestattet mit Rührer, Kondensator, Thermometer und Tropftrichter, werden 109 g (1 Mol) m-Aminophenol in 300 ml Wasser suspendiert, dazu gibt man 120 g 50 $ige KOH-Lösung. Zur entstandenen klaren dunklen Lösung (pH =11,5 bis 12,5) gibt man langsam im Verlauf von 2 Stunden 132 g (2,5 Mol) Acrylnitril. Die Temperatur steigt im Verlauf dieser letzteren Zugabe auf 55⁰C. Die Reaktionsmischung wird weitere 3 Stunden lang gerührt und der pH durch Zugabe von 88 g 36 $ige HCl auf 7,5 eingestellt. Das Produkt scheidet sich als dunkelgefärbtes Öl ab, Gewicht 213 g. Es handelt sich um 3,3'-(m-Hydroxyanilino)-dipropionitril.

Beispiel 6

3-(o-Hydroxyanilino)-propionitril

Man wendet das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren an, mit der Ausnahme, daß p-Aminophenol durch o-Aminophenol ersetzt wird. Man erzielte eine 85 folge Ausbeute an 3-(o-Hydroxy~ anilino)-propionitril (Pp = 111⁰C).

Beispiel 7

3,3'-(o-Hydroxyanilino)-dipropionitril)

Man wendet das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren an, mit der Ausnahme, daß p-Aminophenol durch o-Aminophenol ersetzt

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wird. Das Produkt^ scheidet sich als öl ab und wiegt 210 g, sein InfrarotSpektrum zeigt, daß es sich dabei um vollständig cyanoäthyliertes o-Aminophenol handelt [3_i3'-(o-Hydroxyanilino)-dipropionitril].

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Claims

31. Mai I972 CASE: 148 988

HOWARD HALL AND COMPANY

P A I E U I A Ii S P E ff C H E :

M). Verfahren zur Herstellung N-cyanoalkylierter ^-Aminophenole der Formel:

worin R Wasserstoff oder 2-Cyanoäthyl bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß Acrylnitril mit einer wäßrigen Lösung eines wasserlöslichen Salzes einer Aminophenol-Verbindung vermischt wird, wobei die Temperatur unter etwa 10O⁰C gehalten wird und danach die Reaktionsmischung neutralisiert

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wird, um das sich ergebende freie N-substituierte Aminophenol freizusetzen. -
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R-Wässerstoff bedeutet und der verwendete Acrylnitrilanteil der Menge Aminophenolverbindung im wesentlichen äquivalent ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2,· dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur unter etwa 60⁰C gehalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R 2-Cyanoäthyl bedeutet und der verwendete Acrylnitrilanteil mehr als zwei Äquivalente der Menge an Aminophenolverbindung beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur unter etwa 6O⁰G gehalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Aminophenolverbindung ein Kaliumsalz eines Aminophenols verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Aminophenolverbindung ein Trimethylaminsalz eines Aminophenols verwendet wird.

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